18、多线程 (线程安全、线程同步、等待唤醒机制、单例设计模式)

线程操作共享数据的安全问题

*A:线程操作共享数据的安全问题
    如果有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。
    程序每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。

售票的案例

*A:售票的案例
    /*
        - 多线程并发访问同一个数据资源
        - 3个线程,对一个票资源,出售
    */
    public class ThreadDemo {
        public static void main(String[] args) {
            //创建Runnable接口实现类对象
            Tickets t = new Tickets();
            //创建3个Thread类对象,传递Runnable接口实现类
            Thread t0 = new Thread(t);
            Thread t1 = new Thread(t);
            Thread t2 = new Thread(t);
            t0.start();
            t1.start();
            t2.start();
        }
    }
    
    public class Tickets implements Runnable {
        //定义出售的票源
        private int ticket = 100;
        private Object obj = new Object();
        
        public void run() {
            while (true) {
                if (ticket > 0) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 出售第 " + ticket--);
                }
    
            }
        }
    }

线程安全问题引发​

*A:线程安全问题引发
    /*
     * 多线程并发访问同一个数据资源
     * 3个线程,对一个票资源,出售
     */
    public class ThreadDemo {
        public static void main(String[] args) {
            //创建Runnable接口实现类对象
            Tickets t = new Tickets();
            //创建3个Thread类对象,传递Runnable接口实现类
            Thread t0 = new Thread(t);
            Thread t1 = new Thread(t);
            Thread t2 = new Thread(t);
            t0.start();
            t1.start();
            t2.start();

        }
    }
    /*
     *  通过线程休眠,出现安全问题
     */
    public class Tickets implements Runnable{

        //定义出售的票源
        private int ticket = 100;
        private Object obj = new Object();

        public void run(){
            while(true){

                //对票数判断,大于0,可以出售,变量--操作
                if( ticket > 0){
                    try{
                        Thread.sleep(10); //加了休眠让其他线程有执行机会
                    }catch(Exception ex){}
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第 "+ticket--);
                }
            }
        }
    }

同步代码块解决线程安全问题

*A:同步代码块解决线程安全问题
    *A:售票的案例
    /*
     * 多线程并发访问同一个数据资源
     * 3个线程,对一个票资源,出售
     */
    public class ThreadDemo {
        public static void main(String[] args) {
            //创建Runnable接口实现类对象
            Tickets t = new Tickets();
            //创建3个Thread类对象,传递Runnable接口实现类
            Thread t0 = new Thread(t);
            Thread t1 = new Thread(t);
            Thread t2 = new Thread(t);
            t0.start();
            t1.start();
            t2.start();
    
        }
    }
    /*
     *  通过线程休眠,出现安全问题
     *  解决安全问题,Java程序,提供技术,同步技术
     *  公式:
     *    synchronized(任意对象){
     *      线程要操作的共享数据
     *    }
     *    同步代码块
     */
    public class Tickets implements Runnable{
    
        //定义出售的票源
        private int ticket = 100;
        private Object obj = new Object();
    
        public void run(){
            while(true){
                //线程共享数据,保证安全,加入同步代码块
                synchronized(obj){
                    //对票数判断,大于0,可以出售,变量--操作
                    if( ticket > 0){
                        try{
                            Thread.sleep(10);
                        }catch(Exception ex){}
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第 "+ticket--);
                    }
                }
            }
        }
    }

同步代码块的执行原理

*A:同步代码块的执行原理
    同步代码块: 在代码块声明上 加上synchronized
    synchronized (锁对象) {
        可能会产生线程安全问题的代码
    }
    同步代码块中的锁对象可以是任意的对象；但多个线程时，要使用同一个锁对象才能够保证线程安全。

同步的上厕所原理

*A:同步的上厕所原理
    a:不使用同步:线程在执行的过程中会被打扰
        线程比喻成人
        线程执行代码就是上一个厕所
        第一个人正在上厕所,上到一半,被另外一个人拉出来
    b:使用同步:
        线程比喻成人
        线程执行代码就是上一个厕所
        锁比喻成厕所门
        第一个人上厕所,会锁门
        第二个人上厕所,看到门锁上了,等待第一个人上完再去上厕所

同步方法

*A:同步方法:
    /*
    - 多线程并发访问同一个数据资源
    - 3个线程,对一个票资源,出售
    */
    public class ThreadDemo {
        public static void main(String[] args) {
            //创建Runnable接口实现类对象
            Tickets t = new Tickets();
            //创建3个Thread类对象,传递Runnable接口实现类
            Thread t0 = new Thread(t);
            Thread t1 = new Thread(t);
            Thread t2 = new Thread(t);

            t0.start();
            t1.start();
            t2.start();

        }
    }
    
*B:同步方法
    /*
     *  采用同步方法形式,解决线程的安全问题
     *  好处: 代码简洁
     *  将线程共享数据,和同步,抽取到一个方法中
     *  在方法的声明上,加入同步关键字
     *
     *  问题:
     *    同步方法有锁吗,肯定有,同步方法中的对象锁,是本类对象引用 this
     *    如果方法是静态的呢,同步有锁吗,绝对不是this
     *    锁是本类自己.class 属性
     *    静态方法,同步锁,是本类类名.class属性
     */
    public class Tickets implements Runnable{
        //定义出售的票源
        private  int ticket = 100;

        public void run(){
            while(true){
                payTicket();
            }
        }

        public  synchronized void payTicket(){
            if( ticket > 0){
                try{
                    Thread.sleep(10);
                }catch(Exception ex){}
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第 "+ticket--);
            }

        }
    }

JDK1.5新特性Lock接口

*A:JDK1.5新特性Lock接口
    查阅API，查阅Lock接口描述，Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。
        Lock接口中的常用方法
            void lock()
            void unlock()
    Lock提供了一个更加面对对象的锁，在该锁中提供了更多的操作锁的功能。
    我们使用Lock接口,以及其中的lock()方法和unlock()方法替代同步，对电影院卖票案例中Ticket

Lock接口改进售票案例

*A:Lock接口改进售票案例
    /*
     * 多线程并发访问同一个数据资源
     * 3个线程,对一个票资源,出售
     */
    public class ThreadDemo {
        public static void main(String[] args) {
            //创建Runnable接口实现类对象
            Tickets t = new Tickets();
            //创建3个Thread类对象,传递Runnable接口实现类
            Thread t0 = new Thread(t);
            Thread t1 = new Thread(t);
            Thread t2 = new Thread(t);
            t0.start();
            t1.start();
            t2.start();

        }
    }
    /*
     *  使用JDK1.5 的接口Lock,替换同步代码块,实现线程的安全性
     *  Lock接口方法:
     *     lock() 获取锁
     *     unlock()释放锁
     *  实现类ReentrantLock
     */
    public class Tickets implements Runnable{

        //定义出售的票源
        private int ticket = 100;
        //在类的成员位置,创建Lock接口的实现类对象
        private Lock lock = new ReentrantLock();

        public void run(){
            while(true){
                //调用Lock接口方法lock获取锁
                lock.lock();
                //对票数判断,大于0,可以出售,变量--操作
                if( ticket > 0){
                    try{
                        Thread.sleep(10);
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 出售第 "+ticket--);
                    }catch(Exception ex){

                    }finally{
                        //释放锁,调用Lock接口方法unlock
                        lock.unlock();
                    }
                }
            }
        }
    }

线程的死锁原理​

*A:线程的死锁原理  
    当线程任务中出现了多个同步(多个锁)  时，如果同步中嵌套了其他的同步。这时容易引发一种现象：程序出现无限等待，这种现象我们称为死锁。这种情况能避免就避免掉。
    synchronzied(A锁){
        synchronized(B锁){
        }
    }

线程的死锁代码实现

*A:线程的死锁代码实现
    public class DeadLock implements Runnable{
        private int i = 0;
        public void run(){
            while(true){
                if(i%2==0){
                    //先进入A同步,再进入B同步
                    synchronized(LockA.locka){
                        System.out.println("if...locka");
                        synchronized(LockB.lockb){
                            System.out.println("if...lockb");
                        }
                    }
                }else{
                    //先进入B同步,再进入A同步
                    synchronized(LockB.lockb){
                        System.out.println("else...lockb");
                        synchronized(LockA.locka){
                            System.out.println("else...locka");
                        }
                    }
                }
                i++;
            }
        }
    }
    public class DeadLockDemo {
        public static void main(String[] args) {
            DeadLock dead = new DeadLock();
            Thread t0 = new Thread(dead);
            Thread t1 = new Thread(dead);
            t0.start();
            t1.start();
        }
    }
    public class LockA {
        private LockA(){}
    
        public  static final LockA locka = new LockA();
    }
    public class LockB {
        private LockB(){}
    
        public static final LockB lockb = new LockB();
    }

线程等待与唤醒案例介绍

*A:线程等待与唤醒案例介绍 
    等待唤醒机制所涉及到的方法：
        wait（） :等待，将正在执行的线程释放其执行资格 和 执行权，并存储到线程池中。
        notify（）：唤醒，唤醒线程池中被wait（）的线程，一次唤醒一个，而且是任意的。
        notifyAll（）： 唤醒全部：可以将线程池中的所有wait() 线程都唤醒。
    其实，所谓唤醒的意思就是让 线程池中的线程具备执行资格。必须注意的是，这些方法都是在 同步中才有效。同时这些方法在使用时必须标明所属锁，这样才可以明确出这些方法操作的到底是哪个锁上的线程。

线程等待与唤醒案例资源类编写

*A:线程等待与唤醒案例资源类编写
    /*
     *  定义资源类,有2个成员变量
     *  name,sex
     *  同时有2个线程,对资源中的变量操作
     *  1个对name,age赋值
     *  2个对name,age做变量的输出打印
     */
    public class Resource {
        public String name;
        public String sex;
    }

线程等待与唤醒案例输入和输出线程

*A:线程等待与唤醒案例输入和输出线程
    /*
      *  输入的线程,对资源对象Resource中成员变量赋值
      *  一次赋值 张三,男
      *  下一次赋值 lisi,nv
    */
    public class Input implements Runnable {
        private Resource r=new Resource();
        public void run() {
            int i=0;
            while(true){
                if(i%2==0){
                    r.name="张三";
                    r.sex="男";
                }else{
                    r.name="lisi";
                    r.sex="女";
                }
                i++;
            }
        }
    }
    
    /*
     *  输出线程,对资源对象Resource中成员变量,输出值
     */
    public class Output implements Runnable {
        private Resource r=new Resource() ;
    
        public void run() {
            while(true){
                System.out.println(r.name+"..."+r.sex);
            }
        }
    }

线程等待与唤醒案例测试类

*A:线程等待与唤醒案例测试类
    /*
     *  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
     */
    public class ThreadDemo{
        public static void main(String[] args) {
            Resource r = new Resource();
    
            Input in = new Input();
            Output out = new Output();
    
            Thread tin = new Thread(in);
            Thread tout = new Thread(out);
    
            tin.start();
            tout.start();
        }
    }

线程等待与唤醒案例null值解决

*A:线程等待与唤醒案例null值解决
    /*
    *  输入的线程,对资源对象Resource中成员变量赋值
    *  一次赋值 张三,男
    *  下一次赋值 lisi,nv
    */
    public class Input implements Runnable {
        private Resource r;
        public Input(Resource r){
            this.r=r;
        }
        public void run() {
            int i=0;
            while(true){
                if(i%2==0){
                    r.name="张三";
                    r.sex="男";
                }else{
                    r.name="lisi";
                    r.sex="女";
                }
                i++;
            }
        }
    }
    
    /*
     *  输出线程,对资源对象Resource中成员变量,输出值
     */
    public class Output implements Runnable {
        private Resource r;
        public Output(Resource r){
            this.r=r;
        }
        public void run() {
            while(true){
                System.out.println(r.name+"..."+r.sex);
            }
        }
    }
    
       }
    /*
     *  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
     */
    public class ThreadDemo{
        public static void main(String[] args) {
    
            Resource r = new Resource();
    
            Input in = new Input(r);
            Output out = new Output(r);
    
            Thread tin = new Thread(in);
            Thread tout = new Thread(out);
    
            tin.start();
            tout.start();
        }
    }

线程等待与唤醒案例数据安全解决

*A:线程等待与唤醒案例数据安全解决
    /*
      *  输入的线程,对资源对象Resource中成员变量赋值
      *  一次赋值 张三,男
      *  下一次赋值 lisi,nv
    */
    public class Input implements Runnable {
        private Resource r;
        public Input(Resource r){
            this.r=r;
        }

        public void run() {
            int i=0;
            while(true){
                synchronized(r){
                    if(i%2==0){
                        r.name="张三";
                        r.sex="男";
                    }else{
                        r.name="lisi"
                        r.sex="女"
                    }
                    i++;
                }

            }
        }

        /*
         *  输出线程,对资源对象Resource中成员变量,输出值
         */
        public class Output implements Runnable {
            private Resource r;
            public Output(Resource r){
                this.r=r;
            }
            public void run() {
                while(true){
                    synchronized(r){
                        System.out.println(r.name+"..."+r.sex);
                    }
                }
            }
        }

    }
    /*
     *  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
     */
    public class ThreadDemo{
        public static void main(String[] args) {

            Resource r = new Resource();

            Input in = new Input(r);
            Output out = new Output(r);

            Thread tin = new Thread(in);
            Thread tout = new Thread(out);

            tin.start();
            tout.start();
        }
    }

线程等待与唤醒案例通信的分析

*A:线程等待与唤醒案例通信的分析
    输入:赋值后,执行方法wait()永远等待
    输出:变量值打印输出,在输出等待之前,唤醒
    输入的notify(),自己在wait()永远等待
    输入:被唤醒后,重新对变量赋值,赋值后,必须唤醒输出的线程notify(),自己的wait()

线程等待与唤醒案例的实现

*A 线程等待与唤醒案例的实现
    /*
     *  定义资源类,有2个成员变量
     *  name,sex
     *  同时有2个线程,对资源中的变量操作
     *  1个对name,age赋值
     *  2个对name,age做变量的输出打印
     */
    public class Resource {
        public String name;
        public String sex;
        public boolean flag = false;
    }

    /*
     *  输入的线程,对资源对象Resource中成员变量赋值
     *  一次赋值 张三,男
     *  下一次赋值 lisi,nv
     */
    public class Input implements Runnable {
        private Resource r ;

        public Input(Resource r){
            this.r = r;
        }

        public void run() {
            int i = 0 ;
            while(true){
                synchronized(r){
                    //标记是true,等待
                    if(r.flag){
                        try{r.wait();}catch(Exception ex){}
                    }

                    if(i%2==0){
                        r.name = "张三";
                        r.sex = "男";
                    }else{
                        r.name = "lisi";
                        r.sex = "nv";
                    }
                    //将对方线程唤醒,标记改为true
                    r.flag = true;
                    r.notify();
                }
                i++;
            }
        }

    }

    /*
     *  输出线程,对资源对象Resource中成员变量,输出值
     */
    public class Output implements Runnable {
        private Resource r ;

        public Output(Resource r){
            this.r = r;
        }
        public void run() {
            while(true){
                synchronized(r){
                    //判断标记,是false,等待
                    if(!r.flag){
                        try{r.wait();}catch(Exception ex){}
                    }
                    System.out.println(r.name+".."+r.sex);
                    //标记改成false,唤醒对方线程
                    r.flag = false;
                    r.notify();
                }
            }
        }

    }

    /*
     *  开启输入线程和输出线程,实现赋值和打印值
     */
    public class ThreadDemo{
        public static void main(String[] args) {

            Resource r = new Resource();
    
            Input in = new Input(r);
            Output out = new Output(r);

            Thread tin = new Thread(in);
            Thread tout = new Thread(out);

            tin.start();
            tout.start();
        }
    }

总结